Luận văn Nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học một số kiến thức chương "cảm ứng điện từ" - Vật lý 11 nâng cao

Bộ GIáo dục và đào tạo TRƯờNG đại Học Sư PHạM Hà NộI 2 Nguyễn thị mỹ diên nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học một số kiến thức chương "cảm ứng điện từ" - vật lý 11 nâng cao LuậN VăN THạC Sĩ khoa học giáo dục hà nội - 2009 Nguyễn thị mỹ diên NGàNH: ll&ppdhbm vật lí KHóA:2006-2009 Bộ GIáo dục và đào tạo TRừơNG đại Học Sư PHạM Hà NộI 2 Nguyễn thị mỹ diên nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học một số kiến thức chương "cảm ứng điện từ" - vật lý 11 nâng cao Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí Mã số: 60 14 10 LuậN VăN THạC Sĩ khoa học giáo dục Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. PHạM hữu tòng hà nội - 2009 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình khoa học nào khác. Tác giả Nguyễn Thị Mỹ Diên Mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị Mở đầu……………………………………………………………………….1 Chương I: Tổng quan và Cơ sở lý luận ........................................................6 1.1.Tổng quan...................................................................................................6 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài..............................................................................9 1.2.1.Các luận điểm khoa học xuất phát của đề tài.......................................... 9 1.2.2.Thiết lập sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức.........................12 1.2.3. Xác định mục tiêu dạy học tri thức cụ thể............................................16 1.2.4.Tổ chức tình huống vấn đề và giải quyết vấn đề trong dạy học.............19 1.2.5. Vấn đề định hướng khái quát chương trình hóa hành động nhận thức tự chủ, tích cực của học sinh...............................................................................23 1.2.6. Thiết kế phương án dạy học từng đơn vị kiến thức cụ thểdạy học........27 1.2.7. Sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề.............29 Kết luận chương I............................................................................................31 Chương II: Phân tích nội dung, thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học một số kiến thức chương "Cảm ứng điện từ" - Vật lý 11 nâng cao..........32 2.1. Tìm hiểu chương trình, SGK và thực tế dạy học chương "Cảm ứng điện từ" - Vật lý 11 nâng cao..................................................................................32 2.1.1. Tìm hiểu chương trình, SGK vật lý 11 nâng cao...................................32 2.1.2. Tìm hiểu thực tế dạy học.......................................................................35 2.1.3. Những khó khăn sai lầm mà HS gặp phải.............................................36 2.1.4. Nguyên nhân dẫn tới những khó khăn sai lầm của HS..........................36 2.1.5. Các biện pháp khắc phục khó khăn khi dạy học...................................37 2.2. Thiết lập sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức của chương "Cảm ứng điện từ" - Vật lý 11 nâng cao..................................................................................37 2.3. Thiết lập sơ đồ phát triển mạch kiến thức chương "Cảm ứng điện từ"- Vật lý 11 nâng cao.................................................................................................39 2.4. Thiết kế phương án dạy học một số kiến thức chương "Cảm ứng điện từ"............................................................................................................44 2.4.1. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức.......................................44 2.4.2. Thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học................................................58 Kết luận chương II......................................................................................... 85 Chương III: Thực nghiệm sư phạm……………………………………….86 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm………………………………………...86 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm………………………………………..86 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm......………………………………...86 3.4. Thời gian thực nghiệm sư phạm………………………………………...87 3.5. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm………………………………...87 3.5.1. Diễn biến tiến trình dạy học thực nghiệm…………………………….87 3.5.2. Đánh giá sự hợp lý của mục tiêu dạy học đã xác định và sự hiệu quả của hoạt động dạy học đã soạn thảo……………………………………….100 Kết luận chương III..……………………………………………………….108 Kết luận chung……………………………………………………………..109 Tài liệu tham khảo Phụ lục Danh mục các ký hiệu, Các chữ cái viết tắt trong luận văn Nhà xuất bản NXB Trung học phổ thông THPT Sách giáo khoa SGK Giáo viên GV Học sinh HS Câu hỏi đặt ra cho học sinh O Hoạt động của giáo viên ◊ Hoạt động của Học sinh Thực nghiệm TN Đối chứng ĐC B là trường hợp riêng của A A B C D D là ứng dụng của C E I I là thuộc tính của E Danh mục các bảng STT Bảng Tên bảng Trang 1 3.1 Kết quả bài kiểm tra 101 2 3.2 Thống kê kết quả kiểm tra 102 3 3.3 Xử lý kết quả để tính các tham số 103 4 3.4 Tổng hợp các tham số: S2, S, V 103 5 3.5 Tính tần suất wA(i) và tần suất lũy tích hội tụ lùi 104 danh mục các đồ thị và biểu đồ stt Đồ thị, biểu đồ Tên đồ thị biểu đồ Trang 1 3.1 Đồ thị đường phân bố tần suất lớp đối chứng và lớp thực nghiệm 105 2 3.2 Đồ thị đường phân bố tần suất luỹ tích hội tụ lùi 105 danh mục các hình vẽ STT Hình Tên hình Trang 1 1.1 Dạng khái quát của sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức mới. 14 2 1.2 Dạng khái quát của sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học giải quyết vấn đề khi kiểm nghiệm/ ứng dụng thực tiễn một kiến thức cụ thể. 15 3 1.3 Sơ đồ các pha của tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học 22 4 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức của chương "Cảm ứng điện từ"- Vật lý 11 nâng cao 38 5 2.2 Sơ đồ phát triển mạch kiến thức chương "Cảm ứng điện từ" 39 6 2.3 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường 45 7 2.4 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Từ thông 48 8 2.5 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường 51 9 2.6 Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ 54 Mở đầu 1. Lí do chọn đề tài Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đại hóa, thời kỳ của sự bùng nổ tri thức và khoa học công nghệ. Để hòa nhập với tốc độ phát triển của nền khoa học và kỹ thuật trên thế giới đòi hỏi giáo dục đào tạo cũng phải đổi mới nhằm đào tạo những con người có đủ kiến thức, năng lực, trí tuệ sáng tạo và phẩm chất đạo đức tốt làm chủ đất nước. Do vậy, Nghị quyết Trung ương II khoá VIII (12-1996) đã vạch ra phương hướng cho ngành giáo dục: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục và đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo cho người học...”. Thực hiện yêu cầu trên, những năm gần đây ngành giáo dục đào tạo nước ta không ngừng đổi mới SGK và sách tham khảo, trong đó có cả gợi ý về phương pháp dạy học theo hướng phát huy tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Nhưng những thay đổi đó vẫn chưa đem lại kết quả như mong muốn bởi không ít giáo viên vẫn còn bảo thủ, chưa từ bỏ thói quen giảng dạy theo phương pháp cũ, dạy chay vẫn còn phổ biến. Ngoài ra, rất nhiều giáo viên còn chưa cập nhật lý luận về thiết lập sơ đồ tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức, chưa biết cách tự xác định mục tiêu dựa trên mục tiêu chuẩn kiến thức kỹ năng, điều kiện để tạo tình huống vấn đề và cách định hướng của giáo viên trong hoạt động dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ của học sinh. Do đó, học sinh ít tự lực suy nghĩ, thiếu tính độc lập sáng tạo, chưa đáp ứng được những yêu cầu đổi mới dạy học vật lý ở trường THPT. Trong chương trình giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông thì một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” là không quá khó, nhưng kiểu dạy học thông báo, áp đặt hiện nay không phát huy được khả năng tìm tòi, sáng tạo của học sinh. Nếu chỉ dạy học theo đúng nội dung SGK thì chưa kích thích được hứng thú học tập của học Theo yêu cầu đổi mới, việc thiết kế bài học của GV phải chuyển từ thiết kế những hoạt động của GV trên lớp sang thiết kế những hoạt động của học sinh dưới sự điều khiển của GV. Khi thiết kế một bài học trước hết phải dựa vào mục tiêu dạy học nên giáo viên phải xác định rõ mục tiêu dạy học. Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ năng là yêu cầu tối thiểu học sinh cần đáp ứng, bộc lộ sau bài học. Nếu người GV khi soạn tiến trình dạy học chỉ dựa vào mục tiêu đó thì chưa đáp ứng được yêu cầu đổi mới, HS chưa được tham gia tích cực vào các hoạt động phát hiện và giải quyết các nhiệm vụ học tập, như thế thì không rèn luyện được tính tích cực, tự lực cho học sinh. Vì vậy, giáo viên cần phải biết cách tự xác định mục tiêu dựa trên mục tiêu chuẩn kiến thức kỹ năng để đáp ứng được yêu cầu đổi mới. Trước thực trạng đó, chúng tôi nhận thấy cần phải thiết kế các tiến trình dạy học theo mục tiêu đã đề ra sao cho nếu tổ chức dạy học theo tiến trình đó thì sẽ phát huy được tính tích cực, tự chủ tìm tòi, giải quyết vấn đề học tập, đồng thời đảm bảo kiến thức mà học sinh tiếp thu là kiến thức sâu sắc, vững chắc. Với mong muốn làm rõ sự cần thiết phải xác định được mục tiêu khi thiết kế bài học và góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy và học Vật lý, đáp ứng yêu cầu đổi mới PPDHVL ở trường phổ thông chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học các kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung - Hiện tượng cảm ứng điện từ chương "Cảm ứng điện từ" - Vật lí 11 nâng cao ". 2. Mục đích nghiên cứu: Xác định được mục tiêu dạy học theo yêu cầu đổi mới đối với một số kiến thức chương "Cảm ứng điện từ” –vật lí 11 nâng cao và thiết kế được phương án dạy học thực hiện các mục tiêu đã đề ra. 3. Đối tượng nghiên cứu: - Nội dung kiến thức và mục tiêu cần đạt được ở học sinh trong tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ ”- Vật lý 11 nâng cao . - Hoạt động của GV và HS khi dạy và học các kiến thức nêu trên. 4. Giả thuyết khoa học của đề tài: Việc xác định mục tiêu dạy học cụ thể dựa theo sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lý 11 nâng cao cùng với việc đảm bảo các điều kiện cần để tạo tình huống có vấn đề và sử dụng kiểu định hướng khái quát chương trình hoá hoạt động học cho phép thiết kế được tiến trình dạy học đáp ứng yêu cầu đổi mới. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt được mục đích đề ra, chúng tôi phải thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu sau: - Nghiên cứu quan điểm hiện đại về dạy học, cơ sở lí luận của việc tổ chức quá trình dạy học phỏng theo tiến trình khoa học giải quyết vấn đề, tổ chức tình huống dạy học và các định hướng của giáo viên trong hoạt động dạy học nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ của học sinh trong quá trình chiếm lĩnh tri thức . - Nghiên cứu tư tưởng chỉ đạo, mục tiêu chương trình vật lý lớp 11 nâng cao, nội dung của bộ SGK vật lý và Sách giáo viên vật lý lớp 11 nâng cao. - Nghiên cứu các tài liệu khoa học về phần “Cảm ứng điện từ”. Thiết lập sơ đồ cấu trúc nội dung và sơ đồ phát triển mạch kiến thức chương “Cảm ứng điện từ”- Vật lí 11 nâng cao. Xác định mục tiêu học tập (bao gồm mục tiêu quá trình học và mục tiêu kết quả học), soạn thảo tiến trình dạy học một số đơn vị kiến thức trong chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lý 11 nâng cao, đáp ứng yêu cầu phát triển hoạt động tích cực, tự chủ của học sinh theo tiến trình giải quyết vấn đề xây dựng kiến thức . - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo theo mục tiêu đã xác định nhằm bổ xung hoàn thiện phương án dạy học theo mục tiêu của đề tài. 6. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu chương" Cảm ứng điện từ"- Vật lí 11 nâng cao. - Tập chung nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu một số kiến thức Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung - Hiện tượng cảm ứng điện từ chương" Cảm ứng điện từ"- Vật lí 11 nâng cao đáp ứng yêu cầu đổi mới 7. Phương pháp nghiên cứu: Để thực hiện các nhiệm vụ nêu trên, chúng tôi đã sử dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau: - Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu các tài liệu về lí luận dạy học vật lí làm cơ sở định hướng cho quá trình nghiên cứu. Nghiên cứu các tài liệu vật lí: SGK, sách giáo viên Vật lí 11 nâng cao, mà trọng tâm là phần "Cảm ứng điện từ" nhằm định hướng cho việc thực hiện các mục đích nghiên cứu. - Phương pháp điều tra khảo sát thực tế: Dự giờ, quan sát, điều tra về việc dạy học phần "Cảm ứng điện từ" ở một số trường THPT, về mục tiêu và tiến trình trong giáo án của GV khi dạy phần kiến thức này. - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo. Từ đó rút kinh nghiệm sửa đổi, bổ sung hoàn thiện tiến trình dạy học đã soạn thảo. - Phương pháp thống kê toán học: Để xử lí kết quả của bài kiểm tra, từ đó đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm. 8. Đóng góp của đề tài - Thông qua việc thiết kế các tiến trình dạy học các kiến thức cụ thể làm sáng tỏ và cụ thể hoá cơ sở lý luận của việc tổ chức tình huống học tập và định hướng hoạt động tích cực, tự chủ của học sinh. - Thiết lập được sơ đồ cấu trúc nội dung và sơ đồ phát triển mạch kiến thức xây dựng trong chương "Cảm ứng điện từ", cho phép hình thành được các kiến thức nêu trên. - Thiết lập được sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng một số kiến thức cụ thể cần dạy phù hợp với trình độ của học sinh. Trên cơ sở đó thiết kế mục tiêu dạy học theo hướng bồi dưỡng tư duy sáng tạo và năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. - Xây dựng được phương án dạy học từng đơn vị kiến thức nói trên với nội dung và phương pháp dạy học khả thi thực hiện mục tiêu đã xác định đóng góp cho việc nâng cao hiệu quả dạy học chương trình mới. - Cải tiến được thí nghiệm dùng kiểm nghiệm được: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung - Hiện tượng cảm ứng điện từ. 9. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm 3 chương: - Chương I: Tổng quan và cơ sở lí luận của đề tài. - Chương II: Phân tích nội dung, Thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” (Vật lý 11 nâng cao). - Chương III: Thực nghiệm sư phạm. Chương I: Tổng quan và Cơ sở lý luận 1.1. Tổng quan Mục tiêu của dạy học hiện đại không chỉ dừng lại ở việc truyền thụ cho HS những kiến thức, kĩ năng của loài người đã tích lũy trước đây, mà còn phải quan tâm đến việc bồi dưỡng cho HS năng lực sáng tạo ra những tri thức mới, cách giải quyết vấn đề mới phù hợp với thực tiễn phát triển. Quan điểm dạy học hiện đại không chỉ chú trọng đến nội dung kiến thức, đến kết quả đầu ra của học sinh mà còn chú trọng đến chính bản thân quá trình học. Nhiều kết quả nghiên cứu đã chỉ rõ để hoạch định được chất lượng học tập, thì điều quan trọng là phải xác định được hành động học tập của HS trong quá trình chiếm lĩnh, xây dựng kiến thức. Vận dụng những quan điểm dạy học hiện đại, đã có nhiều công trình nghiên cứu về dạy học nói chung và dạy Vật lý nói riêng tạo ra sự chuyển biến trong dạy học như: "Công nghệ dạy học với vấn đề tổ chức quá trình dạy học ở THPT" của tác giả Nguyễn Ngọc Bảo Đề tài nghiên cứu "Đổi mới phương pháp dạy học ở trường trung học phổ thông" do cán bộ giảng dạy ĐHSP nghiên cứu trong hai năm và được nghiệm thu năm 1996. Các công trình nghiên cứu trên đều mang nét chung là nhấn mạnh vào vai trò của người học, quan tâm đến hành động của người học trong quá trình chiếm lĩnh kiến thức. Một số công trình nghiên cứu quan tâm đến hoạt động dạy học vật lý: " Lý luận dạy học vật lý ở trường trung học" của tác giả Phạm Hữu Tòng (2001). "Phương pháp dạy học vật lý ở trường phổ thông" của các tác giả Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng và Phạm Xuân Quế (2002). "Dạy học vật lý ở trường trung học phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tích cực, tự chủ, sáng tạo và tư duy khoa học" (2004) của tác giả Phạm Hữu Tòng, đề tài này đã trình bày rõ cơ sở định hướng cho việc tổ chức hoạt động của học sinh trong từng đơn vị kiến thức cụ thể. Gần đây có một số đề tài khoa học nghiên cứu hoạt động dạy học chương "Cảm ứng điện từ" theo hướng phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh như đề tài: "Tổ chức tình huống và định hướng hành động học tập tích cực tự lực của học sinh trong quá trình dạy học chương " Cảm ứng điện từ lớp 11 THPT - Nguyễn Hải Nam - 2000". "Xây dựng và sử dụng phần mềm hỗ trợ dạy học định luật cảm ứng điện từ" - Nguyễn Quang Vinh - 2002. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học một số kiến thức chương "Cảm ứng điện từ" theo SGK vật lí 11 nâng cao đáp ứng yêu cầu phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của HS trong học tập - Phạm Thị Luyến - 2007. Trong các đề tài này, các tác giả đã vận dụng các quan điểm lí luận dạy học hiện đại một cách có hiệu quả nhằm phát huy tính tích cực của HS trong học tập. Nhìn chung, các đề tài mới chỉ dừng lại ở việc nghiên cứu một số biện pháp tăng cường hoạt động nhận thức tích cực của HS, biện pháp củng cố khắc sâu kiến thức cho HS một số kiến thức của chương "Cảm ứng điện từ". Ngoài ra, những đề tài này chưa chú trọng đến việc phải xác định rõ mục tiêu dạy học. Với mong muốn làm rõ sự cần thiết phải xác định được mục tiêu khi thiết kế bài học và góp phần nhỏ bé vào việc nghiên cứu nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy và học Vật lý, đáp ứng yêu cầu đổi mới PPDHVL ở trường phổ thông chúng tôi sẽ nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học các kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung - Hiện tượng cảm ứng điện từ chương "Cảm ứng điện từ" - Vật lí 11 nâng cao " trong luận văn của mình. Đổi mới chương trình, SGK lần này đặt trọng tâm vào việc đổi mới phương pháp dạy học. Mục đích của việc đổi mới phương pháp dạy học là thay đổi lối dạy học truyền thụ một chiều sang dạy học theo phương pháp tích cực nhằm phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiễn; HS tìm tòi, khám phá, phát hiện, luyện tập, khai thác và sử lí thông tin,... tự hình thành hiểu biết, năng lực và phẩm chất; tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, dạy HS cách tìm ra chân lí. Tóm lại, cốt lõi của đổi mới dạy và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động. Đối với môn vật lí nói riêng để có thể tổ chức và hướng dẫn các hoạt động học tập của HS một cách có hiệu quả, khi thiết kế phương án dạy học một kiến thức vật lí cụ thể theo hướng phát triển hoạt động nhận thức tích cực tự chủ của HS, người GV cần phải xác định được mục tiêu bài học sao cho những hoạt động mà HS tham gia trong giờ học và những hành động mà HS bộc lộ sau khi học có tác dụng trong việc rèn luyện năng lực tìm tòi và tư duy khoa học. Do đó cơ sở lí luận của việc nghiên cứu xác định và thực hiện mục tiêu dạy học đáp ứng yêu cầu trên là: - Vấn đề thiết lập sơ đồ tiến trình nhận thức khoa học đối với tri thức cần dạy. - Vấn đề xác định mục tiêu dạy học tri thức cụ thể. - Tổ chức tình huống học tập trong dạy học. - Vấn đề định hướng khái quát chương trình hoá hành động nhận thức tích cực tự chủ của HS. - Thiết kế phương án dạy học từng đơn vị kiến thức cụ thể. 1.2 . Cơ sở lý luận của đề tài 1.2.1. Các luận điểm khoa học xuất phát trong nghiên cứu chiến lược dạy học phát triển hoạt động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề và tư duy khoa học của học sinh: Mục tiêu dạy học các môn khoa học ở nhà trường, ngoài việc giúp cho HS có được một số kiến thức cụ thể nào đó còn một việc quan trọng hơn là rèn cho HS tiềm lực để khi ra trường họ tiếp tục tự học, có khả năng nghiên cứu, tìm tòi giải quyết vấn đề, đáp ứng những đòi hỏi đa dạng của hoạt động thực tiễn không ngừng phát triển. Việc quán triệt quan điểm trên đây về mục tiêu dạy học, cùng với việc quán triệt quan điểm hoạt động về bản chất dạy và học trên quan điểm hiện đại của phương pháp luận khoa học, GS - TS Phạm Hữu Tòng đã đưa ra sáu luận điểm cơ bản về vấn đề hoạt động dạy học làm nền tảng cho việc nghiên cứu: “Chiến lược dạy học phát triển hoạt động tự chủ chiếm lĩnh tri thức bồi dưỡng tư duy khoa học và năng lực giải quyết vấn đề”. Sáu luận điểm được coi như sáu nguyên tắc chỉ đạo hoạt động dạy, có nội dung như sau: * Luận điểm 1: Về vai trò quan trọng của sự dạy là thực hiện được việc tổ chức, kiểm tra, định hướng hữu hiệu hoạt động học. Nói chung, sự học là sự thích ứng của người học với những tình huống thích đáng, phát triển ở người học những năng lực thể chất, tinh thần và nhân cách cá nhân. Nói riêng sự học có chất lượng có tri thức khoa học mới nào đó phải là sự thích ứng của người học với những tình huống học tập xứng đáng. Chính quá trình thích ứng này làm hoạt động của người xây dựng nên tri thức mới với tính cách là phương tiện tối ưu giải quyết tình huống mới. Đồng thời đó là quá trình góp phần làm phát triển các năng lực nhận thức, thực tiễn và nhân cách của người học. * Luận điểm 2: Về sự cần thiết tổ chức tình huống vấn đề trong dạy học.Tri thức khoa học được xây dựng khi nhà khoa học có động cơ giải quyết một vấn đề, tìm lời giải đáp cho một câu hỏi đặt ra mà việc tìm lời giải đáp cho câu hỏi đó chính là phải tìm tòi một cái mới, chứ không chỉ đơn thuần là việc tái hiện, lặp lại các kiến thức và cách thức hoạt động quen thuộc sẵn có.Bởi vậy trong dạy học môn khoa học, GV cần tổ chức được những tình huống vấn đề. Đó là việc tổ chức những tình huống trong đó xuất hiện vấn đề cần giải quyết mà HS tự thấy mình có khả năng tham gia giải quyết và do đó sẽ suy nghĩ đưa ra giải quyết riêng của mình, tự tìm tòi cách giải quyết thích hợp. Chính trong điều kiện đó, với sự giúp đỡ định hướng của GV, HS sẽ xây dựng được cho mình những tri thức khoa học sâu sắc, vững chắc và vận dụng được, đồng thời qua quá trình đó năng lực trí tuệ của học sinh sẽ phát triển. * Luận điểm 3: Về sự cần thiết, thiết lập được sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với tri thức cần dạy. Nhận thức về thực tế khách quan (nhận thức một tình huống vật lý) là biểu đạt nó bằng một mô hình hợp thức (một mô hình có hiệu lực). Quá trình nhận thức khoa học thực tế khách quan, xét cho cùng là một quá trình vận động vô tận của việc xây dựng mô hình, hợp thức hoá mô hình và hoàn thiện mô hình. Tiến trình giải quyết vấn đề, xây dựng tri thức vật lý đó là tiến trình “từ đề xuất vấn đề nghiên cứu đến suy đoán giải pháp, khảo sát lý thuyết/ thực nghiệm, rồi xem xét đánh giá khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích/tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm” (chứ không phải chỉ là theo con đường kinh nghiệm cảm tính, trực quan ghi nhận quy nạp chủ nghĩa). Việc vận dụng tri thức mới vào thực tiễn đồng thời cũng là việc tiếp tục kiểm tra để bổ sung phát triển tri thức khoa học. Bởi vậy trong dạy học, hoạt động nhận thức khoa học của HS cần được định hướng phù hợp với tiến trình xây dựng tri thức như thế. Việc này đòi hỏi sự phân tích sâu sắc cấu trúc nội dung tri thức cần dạy và xác lập được sơ đồ: “Từ tình huống xuất phát thế nào, nảy sinh vấn đề gì? Tìm tòi giải quyết vấn đề và đi tới kết quả thế nào” một cách phù hợp với trình độ HS và xét trong suốt quá trình xây dựng, kiểm tra, vận dụng tri thức mới. Theo đó xác định điều kiện cần thiết và những câu hỏi định hướng hữu hiệu cho hành động tìm tòi giải quyết vấn đề, một cách phù hợp với phương pháp nhận thức khoa học. * Luận điểm 4: Về sự cần thiết sử dụng những quan niệm vốn có của HS trong việc tổ chức tình huống và định hướng hành động giải quyết vấn đề của HS trong quá trình xây dựng kiến thức mới. Tri thức mới được xây dựng dựa trên các tri thức đã có và đồng thời còn phải đối chọi lại với các quan niệm đã có nhưng lại là trở lực đối với sự hình thành tri thức mới. Tri thức mới, với ý nghĩa đúng đắn của nó, chỉ có thể được xác lập, hoà nhập vào vốn hiểu biết riêng của HS khi mà nó được xây dựng trên cơ sở tri thức đã có của HS, đồng thời làm biến đổi và khắc phục được các quan niệm cũ, cách hiểu cũ sai lạc, trái ngược với nó. Bởi vậy, trong dạy học cần nghiên cứu các quan niệm hoặc cách hiểu sai lầm vốn có của HS có liên quan với các tri thức cần xây dựng. Chúng là chỗ dựa, đồng thời là trở lực tất yếu cần khắc phục đối với quá trình xây dựng tri thức mới của HS. Cần sử dụng những quan niệm vốn có đó của HS vào việc xây dựng tình huống vấn đề và định hướng hoạt động giải quyết vấn đề một cách hữu hiệu. Sao cho tạo được điều kiện cho những quan niệm đó được HS vận dụng, được thử thách trong quá trình kiểm tra hợp thức hoá, khiến cho HS tự nhận thấy chỗ sai lầm (không hợp thức) thấy cần thay đổi quan niệm, khắc phục sai lầm để xây dựng tri thức mới phù hợp. * Luận điểm 5: Về sự cần thiết phát huy tác dụng của sự trao đổi và tranh luận của HS trong quá trình chiếm lĩnh tri thức. Sự học tập, xây dựng tri thức của HS sẽ được tạo thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi và tranh luận với những người ngang hàng. Trong điều kiện đó sẽ phát huy được ảnh hưởng của sự môi giới, hỗ trợ của những người trong cộng đồng đối với mỗi cá nhân qua vùng phát triển gần nhất của cá nhân. * Luận điểm 6: Về sự cần thiết tổ chức tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình nghiên cứu xây dựng, bảo vệ tri thức khoa học. Để phát huy tổng hợp các nhân tố tác động: Vai trò của HS trong sự tự chủ hành động xây dựng kiến thức, vai trò của GV trong sự tổ chức tình huống học tập và định hướng hành động tìm tòi xây dựng tri thức của HS, vai trò của tương tác xã hội (của tập thể HS) đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân HS và đồng thời cho HS tập quen với quá trình xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học, thì cần tổ chức tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học. Kết luận rút ra cho việc thiết kế phương án dạy học Từ các luận điểm phương pháp luận nêu trên có thể rút ra kết luận khái quát chỉ đạo việc nghiên cứu thiết kế tiến trình dạy học các tri thức cụ thể như sau: Muốn nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy học đảm bảo cho HS chiếm lĩnh được tri thức, kĩ năng đồng thời bồi dưỡng được tư duy khoa học, tư duy sáng tao, phát triển được ở HS hành động tự chủ tìm tòi giải quyết vấn đề trong quá trình chiếm lĩnh tri thức khoa học và từ đó chuẩn bị tốt cho HS có thể thích ứng được với thực tiễn thì đòi hỏi việc thiết kế họat động dạy học, được thực hiện một cách khoa học theo quy trình gồm các bước sau: * Thiết lập sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức * Xác định mục tiêu dạy học * Tổ chức tình huống học tập (tình huống vấn đề) * Xác đinh việc định hướng khái quát chương trình hoá hành động nhận thức tự chủ tích cực của HS về việc tổ chức hợp lý hoạt động của cá nhân và tập thể HS 1.2.2. Thiết lập sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức Từ sự hiểu biết sâu sắc về kiến thức cần dạy, giáo viên thiết lập sơ đồ biểu đạt lôgíc của tiến trình nhận thức khoa học, đáp ứng được đòi hỏi phương pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng tri thức, đồng thời phải phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh. Đó là cơ sở quan trọng, là tiền đề cần thiết để có thể tổ chức và định hướng khái quát hành động tự chủ tìm tòi giải quyết vấn đề của học sinh trong quá trình dạy học. 1.2.2.1. Tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lí cụ thể Tiến trình hoạt động giải quyết vấn đề khi xây dựng, vận dụng một tri thức vật lý cụ thể nào đó được biểu đạt bằng sơ đồ sau: "Đề suất vấn đề - bài toán suy đoán giải pháp và thực hiện giải pháp (khảo sát lý thuyết /hoặc thực nghiệm) kiểm tra, vận dụng kết quả". - Đề xuất vấn đề - bài toán: Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hy vọng có thể tìm tòi, xây dựng được. Diễn đạt nhu cầu đó bằng một câu hỏi. - Suy đoán giải pháp, thực hiện giải pháp: + Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất phát cho phép đi tìm lời giải, chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được để đi tới cái cần tìm, hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm. + Khảo sát lý thuyết hoặc thực nghiệm: Vận hành mô hình rút ra kết luận logic cái cần tìm hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thí nghiệm, thu thập dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm. - Kiểm tra, vận dụng kết quả: Xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích hoặc tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự khác biệt giữa các kết luận có được nhờ sự suy luận lý thuyết với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được, khi có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung sửa đổi với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng và vận hành mô hình xuất phát khi chưa có sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm. 1.2.2.2. Sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức vật lý cụ thể. Nếu mô phỏng được tiến trình nhận thức khoa học như vậy đối với một kiến thức mới cần dạy thì sẽ có cơ sở khoa học cho việc suy nghĩ cách tổ chức, định hướng hoạt động học đề xuất, giải quyết vấn đề của HS trong quá trình dạy học kiến thức đó. Hình 1.1: Dạng khái quát của sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học xây dựng một kiến thức mới Vấn đề (đòi hỏi tìm kiếm xây dựng kiến thức) Điều kiện cần sử dụng để đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra Bài toán Giải quyết bài toán Kết luận/ Nhận định Vấn đề (đòi hỏi kiểm nghiệm/ ứng dụng thực tiễn kiến thức) Điều kiện cần sử dụng để đi tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra một mặt nhờ suy luận, mặt khác nhờ thí nghiệm và quan sát Bài Toán – giảI pháp Giải bài toán nhờ thí nghiệm và quan sát Giải bài toán bằng suy luận lý thuyết Kết luận (Thu được nhờ suy luận lý thuyết) Kết luận (Thu được nhờ thí nghiệm và quan sát ) Kết luận Dữ liệu nảy sinh bài toán Hình 1.2. Dạng khái quát của sơ đồ mô phỏng tiến trình nhận thức khoa học giải quyết vấn đề khi kiểm nghiệm/ ứng dụng thực tiễn một kiến thức cụ thể. 1.2.3. Xác định mục tiêu dạy học tri thức cụ thể. Khi dạy học một tri thức cụ thể để hoàn thành nhiệm vụ dạy học của mình người giáo viên trước hết phải ý thức được tầm quan trọng của việc xác định mục tiêu trong dạy học cũng như xác định đúng mục tiêu khi dạy học kiến thức đó. 1.2.3.1. Tầm quan trọng của mục tiêu dạy học. Việc xác định mục tiêu dạy học có tầm quan trọng đặc biệt nhằm: - Có được phương hướng, tiêu chí để quyết định nội dung, phương pháp, phương tiện dạy học. - Có được ý tưởng rõ ràng về cái cần kiểm tra đánh giá khi kết thúc môn học, học phần hay trong quá trình giảng dạy từng kiến thức cụ thể. - Thông báo cho người học biết những cái mong đợi ở đầu ra của sự học là gì? Điều này giúp họ tự tổ chức công việc học tập của mình. - Có được ý tưởng rõ ràng về các kiến thức, kỹ năng, thái độ cần có của giáo viên . 1.2.3.2. Khái niệm mục tiêu thao tác. Từ thực tiễn dạy học và sự phát triển của khoa học sư phạm trên thế giới, trong mấy thập kỷ nay đã hình thành quan niệm về kiểu dạy học mà trung tâm chú ý là những khả năng mà người học cần đạt được trong và sau khi học. Chúng là kết quả mà sự dạy mang lại ở người học và được gọi là mục tiêu thao tác. Vì những mục tiêu này mô tả hành vi cụ thể quan sát được của nguời học, là kết quả của thao tác mà người học phải có khả năng thực hiện được. Nếu chú trọng các mục tiêu thao tác thì khi chuẩn bị dạy học một nội dung cụ thể nào đó, đòi hỏi phải trả lời các câu hỏi sau: - Dạy cái gì? - Người học phải biết gì hoặc biết làm gì trước, trong và sau khi học? - Thực tế người học biết gì? - Dạy thế nào? Trả lời câu hỏi thứ nhất đòi hỏi phải xác định nội dung cụ thể. Trả lời câu hỏi thứ hai đòi hỏi phải xác định các mục tiêu thao tác. Trả lời câu hỏi thứ ba đòi hỏi kiểm tra đánh giá những khả năng mà người học đã có trước khi học và những mục tiêu mà người học đạt được trong và sau khi học. Trả lời câu hỏi thứ tư đòi hỏi phải lựa chọn các phơng pháp và kỹ thuật dạy học thích hợp. Có tác giả còn gọi mục tiêu thao tác là mục tiêu đặc thù hay mục tiêu cụ thể để phân biệt với nghĩa khác của khái niệm mục tiêu vẫn quen dùng để chỉ chương trình, nội dung kiến thức cần dạy hoặc để chỉ những hành động mà chính người giáo viên cần thực hiện. Với ý nghĩa nêu trên của mục tiêu thao tác thì điều kiện để diễn đạt một mục tiêu thực sự có ý nghĩa là mục tiêu thao tác khi dạy học một nội dung cụ thể là: a. Mục tiêu luôn được diễn đạt theo nghĩa người học chứ không phải theo nghĩa người dạy. Do đó sự diễn đạt mục tiêu bắt đầu bằng “sinh viên, học sinh, ngưòi học có khả năng …”. Bởi vì muốn nói đến người học và các khả năng mới mà người học cần đạt được. b. Mục tiêu được diễn đạt phải là mục tiêu đặc thù nghĩa là khả năng nói đến phải được diễn tả bằng một động từ có ý nghĩa, không thể dẫn tới những sự hiểu khác nhau. Nó phải đủ rõ ràng để những ai (trước hết là giáo viên và học sinh) tìm hiểu thì sẽ có những hình dung giống nhau về sản phẩm mong đợi. (Các động từ như hiểu, đánh giá, đọc…tuy cũng là những hành vi nhưng chúng chưa thực sự có ý nghĩa đặc thù đầy đủ cho phép diễn đạt được một mục tiêu khai thác được ở bình diện sư phạm). c. Kết quả mong đợi phải được mô tả dưới dạng một hành vi quan sát được. Thí dụ để nói về hiểu thì cần mô tả hành vi thể hiện rằng học sinh đã hiểu, nó sẽ chỉ ra (trước hết là cho chính học sinh) rằng họ đã đạt được mục tiêu. d. Xác định rõ hoàn cảnh mà trong đó hành vi được thực hiện: Các điều kiện thời gian, vật chất … e. Xác định rõ các tiêu chí chấp nhận thành tích, nghĩa là mức độ của sự thành công mà bắt đầu từ đó người ta coi rằng đã đạt được mục tiêu . 1.2.3.3. Phân biệt các loại mục tiêu thao tác. Trong dạy học người ta phân biệt ba nhóm mục tiêu thao tác sau: 1. Loại mục tiêu “nắm vững các hành vi mong muốn”. Đó là những mục tiêu liên quan đến một lĩnh vực có thể dễ dàng vạch rõ ranh giới, có thể mô tả hành vi mong đợi một cách đầy đủ và triệt để, người học cần thực hiện được những hành vi đã xác định. 2. Loại mục tiêu “chuyển tải áp dụng các hành vi đã có”. Nói về việc sử dụng các kiến thức, kỹ năng để giải quyết một bài toán mới, không phải là tái tạo mà là áp dụng kiến thức. Có một đáp số chung nhưng có nhiều cách giải. Người ta không thể nói trước tất cả mọi trường hợp. Người học cần chuyển tải áp dụng được các hành vi đã có của mình vào tình huống đặt ra. 3. Loại hành vi “biểu lộ hành vi thích ứng với tình huống”. Không nhấn mạnh vào sản phẩm là cái không thể thấy được, nhưng nhấn mạnh vào tình huống làm nảy sinh hành vi. Nó có tính chất khêu gợi nhiều hơn là quy định, không phải người ta tìm kiếm sự thống nhất mà đúng hơn là sự đa dạng của hành vi. Người học cần biểu lộ hành vi ứng đáp mới của mình với tình huống đặt ra. 4. Phân biệt bốn trình độ của mục tiêu nhận thức. Việc phân biệt các trình độ của mục tiêu nhận thức cho phép có căn cứ xác đáng để lựa chọn phương pháp dạy học thích hợp và tiêu chí rõ ràng để tiến hành kiểm tra đánh giá kiến thức, kỹ năng của người học. a. Trình độ nhận biết, tái hiện, tái tạo. Trình độ này thể hiện khả năng nhận ra được, nhớ lại được, phát ngôn lại được đúng với sự trình bày kiến thức đã có; “Thực hiện lặp lại được đúng một cách thức cụ thể đã có”; giải đáp được câu hỏi dạng “A là gì? Là thế nào”; “Thực hiện A như thế nào”. b. Trình độ hiểu, áp dụng (giải quyết được tình huống tương tự như tình huống đã biết”. Trình độ này không thể hiện khả năng giải thích, minh hoạ được nghĩa kiến thức, áp dụng được kiến thức đã nhớ lại, hoặc đã được gợi ra để giải quyết được những tình huống tương tự với tình huống đã biết, theo cùng một mẫu như tình huống đã biết, giải đáp được câu hỏi thuộc dạng: “A giúp giải quyết X như thế nào”. c. Trình độ vận dụng linh hoạt (giải quyết được tình huống biến đổi so với tình huống đã biết). Trình độ này thể hiện khả năng lựa chọn, áp dụng tri thức trong tình huống có biến đổi so với tình huống đã biết, nhận ra rằng có thể giải quyết tình huống đã cho bằng cách vận dụng phối hợp các cách giải quyết các tình huống theo các mẫu đã biết, giải đáp được câu hỏi thuộc dạng: “ Các A nào giúp giải quyết X và giải quyết như thế nào”. (Bạn biết gì về cái sẽ giúp bạn giải quyết vấn đề này). d. Trình độ sáng tạo (đề xuất và giải quyết vấn đề không theo mẫu sẵn có). Trình độ này thể hiện ở khả năng phát biểu và giải quyết vấn đề theo cách riêng của mình bằng cách lựa chọn, đề xuất và áp dụng kiến thức để giải quyết được các vấn đề không theo các mẫu (angôrit) đã có sẵn, đề ra và giải đáp được câu hỏi thuộc dạng: “Có vấn đề gì?”, “Đề xuất ý kiến riêng, cách giải quyết riêng thế nào?” (Bạn thấy kết quả đặt ra là gì và bạn có thể đi tới kết quả thoả mãn như thế nào?). 1.2.4. Tổ chức tình huống vấn đề và giải quyết vấn đề trong dạy học. Để làm rõ những điều trên đây GS - TS Phạm Hữu Tòng đã đưa ra thế nào là vấn đề? Tình huống có vấn đề và các kiểu tình huống có vấn đề như sau: 1.2.4.1. Khái niệm vấn đề, tình huống có vấn đề và các kiểu tình huống có vấn đề a. Khái niệm vấn đề: Khái niệm "Vấn đề" dùng để chỉ một khó khăn, một nhiệm vụ nhận thức mà người học không thể giải quyết được chỉ bằng kinh nghiệm sẵn có, theo khuôn mẫu sẵn, nghĩa là không thể dùng tư duy tái hiện đơn thuần để giải quyết mà phải tìm tòi sáng tạo để giải quyết và khi giải quyết được thì người học đã thu nhận được kiến thức, kĩ năng mới. b. Khái niệm tình huống có vấn đề. "Tình huống vấn đề" là tình huống mà khi HS tham gia thì gặp khó khăn, HS ý thức được vấn đề, mong muốn giải quyết vấn đề đó và cảm thấy với khả năng của mình thì hy vọng có thể giải quyết được, do đó bắt tay vào việc giải quyết vấn đề đó. Nghĩa là tình huống này kích thích hoạt động nhận thức tích cực của HS: Đề xuất vấn đề và giải quyết vấn đề đã đề xuất. 1.2.4.2. Các kiểu tình huống có vấn đề. Khi học sinh được lôi cuốn vào hoạt động tích cực thực hiện nhiệm vụ (có tiềm ẩn vấn đề mà học sinh đã đảm nhận), học sinh nhanh chóng nhận thấy sự bất ổn của kiến thức đã có của mình, vấn đề xuất hiện, học sinh ở vào một tình thế (tình huống) có thể thuộc một trong các loại sau : Tình thế lựa chọn: Chủ thể ở trạng thái cân nhắc suy tính khi cần lựa chọn một phương án thích hợp nhất trong những điều kiện xác định để giải quyết vấn đề (tức là lựa chọn mô hình vận hành được). Tình thế bất ngờ: Chủ thể ở trạng thái ngạc nhiên khi gặp cái mới lạ, chưa hiểu vì sao, cần biết căn cứ lý lẽ (tức là cần có mô hình mới). Tình thế bế tắc: Chủ thể ở trạng thái túng bí, khi chưa biết phải làm thế nào giải quyết được khó khăn gặp phải, cần có cách giải quyết (tức là cần có mô hình mới). Tình thế không phù hợp: Chủ thể ở trạng thái băn khoăn, nghi hoặc khi gặp phải sự kiện trái ngược với lẽ thường, với kết quả có thể rút ra được từ căn cứ lý lẽ đã có, do đó cần xem xét lại để có căn cứ lý lẽ thích hợp ( tức là cần có mô hình thích hợp hơn). Tình thế phán xét: Chủ thể ở trạng thái nghi vấn khi gặp các cách giải thích với các căn cứ lý lẽ khác nhau, cần xem xét kiểm tra các căn cứ lý lẽ đó ( tức là kiểm tra, hợp thức hoá mô hình đã đề cập). Tình thế đối lập: Chủ thể ở trạng thái bất đồng quan điểm, khi gặp một cách giải thích có vẻ lô gíc, nhưng lại xuất phát từ một căn cứ lý lẽ sai trái và căn cứ đã được chấp nhận, cần bác bỏ căn cứ lý lẽ sai lầm đó để bảo vệ căn cứ lý lẽ để chấp nhận (tức là phê phán, bác bỏ mô hình không hợp thức, bảo vệ mô hình hợp thức đã có). 1.2.4.3. Điều kiện cần của việc tạo tình huống có vấn đề. Việc tổ chức được các tình huống vấn đề và định hướng hành động học giải quyết vấn đề đòi hỏi: Thứ nhất, giáo viên cần nhận định về câu hỏi đặt ra, các khó khăn HS phải vượt qua khi giải đáp câu hỏi đó. Thứ hai, giáo viên phải xác định rõ kết quả giải quyết mong muốn đối với vấn đề đặt ra là HS chiếm lĩnh được tri thức cụ thể gì. Thứ ba, giáo viên soạn thảo được một nhiệm vụ có tiềm ẩn vấn đề để giao cho HS, sao cho HS sẵn sàng đảm nhận nhiệm vụ đó. Thứ tư, trên cơ sở vấn đề cần giải quyết, kết quả mong đợi, những quan niệm, khó khăn trở lực của HS trong điều kiện cụ thể, GV đoán trước những đáp ứng có thể có của HS và dự định tiến trình định hướng, giúp đỡ HS một cách hợp lý, phù hợp với tiến trình khoa học giải quyết vấn đề. 1.2.4.4. Tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. Để phát huy đầy đủ vai trò của HS trong sự tự chủ hành động xây dựng kiến thức, vai trò của GV trong việc tổ chức tình huống học tập và định hướng hành động tìm tòi xây dựng tri thức của HS, cũng như phát huy vai trò của tương tác xã hội (tập thể HS) đối với quá trình nhận thức của mỗi cá nhân HS, đồng thời cho học tập làm quen với quá trình xây dựng, bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì có thể thực hiện tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học. Tiến trình dạy học được thực hiện theo các pha sau: - Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hoá tri thức, phát biểu vấn đề. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh quan tâm đến nhiệm vụ đặt ra, sẵn sàng nhận và tự nguyện thực hiện nhiệm vụ đó. - Pha thứ hai: Học sinh hành động độc lập, tự chủ, trao đổi tìm tòi giải quyết vấn đề. Học sinh tự xoay sở vượt qua khó khăn, có định hướng của giáo viên khi cần. Học sinh diễn đạt, trao đổi với người khác về cách giải quyết vấn đề và kết quả thu được, qua đó có thể chỉnh lý hoàn thiện tiếp. - Pha thứ ba: Tranh luận, thể chế hoá, vận dụng tri thức mới. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh tranh luận, bảo vệ cái xây dựng được. Giáo viên chính xác hoá, bổ sung, thể chế hoá tri thức mới. Học sinh chính thức ghi nhận tri thức mới và vận dụng. Pha thứ ba: Tranh luận : Thể chế hoá, vận dụng tri thức mới (6) Vận dụng tri thức mới để giải quyết nhiệm vụ đặt ra tiếp theo Pha thứ nhất: Chuyển giao nhiệm vụ, bất ổn hoá tri thức, phát biểu vấn đề (1) Tình huống có tiềm ẩn vấn đề (2) Phát biểu vấn đề – Bài toán Pha thứ hai : HS hành động độc lập tự chủ, trao đổi tìm tòi giải quyết vấn đề (3) Giải quyến vấn đề : Suy đoán thực hiện giải pháp (4) Kiểm tra, xác nhận kết qủa : Xem xét sự phù hợp của lý thuyết và thực nghiệm (5) Trình bày, thông báo, thảo luận, bảo vệ kết quả Hình 1.3: Sơ đồ các pha của tiến trình dạy học phỏng theo tiến trình xây dựng, bảo vệ tri thức mới trong nghiên cứu khoa học 1.2.5. Vấn đề định hướng khái quát chương trình hoá hành động nhận thức tự chủ, tích cực của học sinh. Trên cơ sở tình huống học tập đã phác thảo, GV dự kiến những khó khăn lúng túng và khả năng đáp ứng có thể có ở. Để định hướng hành động của HS, GV chuẩn bị các câu hỏi đề xuất vấn đề, bổ sung những gợi ý, những ý kiến yêu cầu học sinh xem xét, thảo luận, sau đó GV sẽ bổ sung, chính xác hoá, khái quát hoá, tổng kết và thể chế hoá kiến thức ở những chỗ cần thiết. Tương ứng với các mục tiêu rèn luyện khác nhau đòi hỏi HS các hành động nhận thức với các trình độ khác nhau, có thể phân biệt các kiểu định hướng khác nhau. 1.2.5.1. Các kiểu định hướng hành động học tập trong dạy học - Định hướng tái tạo từng thao tác cụ thể riêng rẽ: Học sinh theo dõi, thực hiện, bắt trước lặp lại theo thao tác mẫu cụ thể do người dạy chỉ ra. - Định hướng tái tạo angôrit: Người dạy chỉ ra một cách khái quát tổng thể trình tự hành động để người học tự chủ giải quyết được nhiệm vụ. - Định hướng tìm tòi: Người dạy không được chỉ ra cho học sinh một tường minh các kiến thức và cách thức hoạt động học sinh cần áp dụng, mà người dạy chỉ đưa ra cho học sinh những gợi ý sao cho học sinh có thể tự tìm tòi, huy động xây dựng những kiến thức và cách thức hoạt động thích hợp để giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận. Nghĩa là đòi hỏi học sinh tự xác định hành động thích hợp trong tình huống không phải là đã quen thuộc với họ. - Định hướng khái quát chương trình hoá: Là kiểu định hướng phối hợp các đặc điểm của hai kiểu định hướng trên, trong đó, người dạy gợi ý cho học sinh tự tìm tòi, tương tự như ở kiểu định hướng tìm tòi nói trên, nhưng chú ý giúp học sinh ý thức được đường lối khái quát của việc tìm tòi giải quyết vấn đề và sự định hướng được chương trình hoá theo các bước dự định hợp lý, theo các yêu cầu từ cao đến thấp đối với học sinh; từ tổng quát, tổng thể, toàn bộ đến riêng biệt, chi tiết, bộ phận; từ tìm tòi đến tái tạo sao cho thực hiện một cách có hiệu quả các yêu cầu cao nhất, vừa sức học sinh. Người dạy thực hiện từng bước việc hướng dẫn học sinh giải quyết nhiệm vụ mà họ đảm nhận. * Sự định hướng ban đầu đòi hỏi học sinh tự lực tìm tòi giải quyết vấn đề đã đặt ra. * Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát ban đầu (gợi ý thêm, cụ thể hoá, chi tiết hoá thêm một bước) để thu hẹp hơn phạm vi, mức độ phải tìm tòi giải quyết cho vừa sức đối với HS. * Nếu học sinh vẫn không đáp ứng được thì sự hướng dẫn của giáo viên chuyển dần sang kiểu định hướng tái tạo thì trước hết là sử dụng định hướng angorít. (Hướng dẫn trình tự các hành động, thao tác hợp lý) để theo đó học sinh tự giải quyết vấn đề đã đặt ra. * Nếu học sinh vẫn không đáp ứng được thì mới thực hiện sự hướng dẫn tái tạo đối với mỗi hành động, thao tác cụ thể riêng biệt của trình tự hành động, thao tác đó. 1.2.5.2. Tiêu chí chung của sự định hướng khái quát hành động tìm tòi sáng tạo giải quyết vấn đề. Công cụ định hướng hữu hiệu hành động học tìm tòi giải quyết vấn đề khi xây dựng các tri thức cụ thể được xây dựng theo các tiêu chí chung sau đây: + Định hướng được hành động học nhằm trúng mục tiêu kiến thức kỹ năng cần đạt. + Định hướng hành động phù hợp với đường lối tiếp cận khoa học, phương pháp hợp lý giải quyết vấn đề/nhiệm vụ đặt ra. + Định hướng hành động trong điều kiện vừa sức người học, gây được động cơ thúc đẩy người học hành động. + Công cụ định hướng hành động đồng thời là phương tiện cho phép kiểm soát được hành động học để có thể điều chỉnh, bổ sung sự định hướng một cách hữu hiệu. 1.2.5.3. Hệ thống các câu hỏi đề xuất vấn đề định hướng tư duy trong các tình huống có vấn đề theo tiến trình khoa học xây dựng một kiến thức mới. - Câu hỏi kích thích học sinh có nhu cầu kiến thức để giải quyết vấn đề: Phương hướng cơ bản của việc tổ chức tình huống học tập ở pha đầu là giáo viên mô tả được tình huống, hay đặt ra một nhiệm vụ, dẫn học sinh tới chỗ trả lời câu hỏi thuộc loại “sẽ như thế nào, nếu...” “phải thế nào, để....”, “vì sao như thế? Có tác dụng gì? “Giải thích thế nào”; “ làm thế nào để tạo ra được... trong thực tế”. Tình huống này đòi hỏi HS đưa ra và vận hành một mô hình xác định nào đó. Sự bất ổn hoá tri thức do HS chưa có đủ kiến thức và kỹ năng phù hợp và do đó HS có nhu cầu xác lập một mô hình hoặc sửa đổi một mô hình đã có sẽ là động lực thúc đẩy tiến trình xây dựng vận dụng kiến thức mới. Ví dụ: Muốn HS xây dựng phương án thí nghiệm để kiểm tra sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch kín biến thiên nói chung, GV đặt ra câu hỏi: "Phương án thí nghiệm đó như thế nào mà nhờ thí nghiệm ấy, ta xác định được dòng điện cảm ứng (suất điện động cảm ứng) dựa trên quan sát? - Câu hỏi định hướng nội dung kiến thức cần xác lập: Việc tìm cách trả lời các câu hỏi như trên đã gắn liền với việc đặt ra câu hỏi “Có mối liên hệ nào (có cái gì) chi phối mà từ đó sẽ suy ra được điều trả lời cho câu hỏi đã đặt ra”. Câu hỏi này đòi hỏi học sinh vận hành một mô hình nào đó. Vì vậy điều quan trọng trước hết sẽ chính là phải xác định và thảo luận về mô hình đó. VD: Để định hướng HS giải quyết vấn đề: "Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó?" GV đặt câu hỏi: Có thể dùng kiến thức đã biết đó là sự tồn tại của lực Lorenxơ khi điện tích chuyển động trong từ trường mà từ đó sẽ suy ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra? - Câu hỏi yêu cầu xác định giải pháp tìm tòi xác lập kiến thức cần xây dựng, vận dụng: Nếu không thể sử dụng một mô hình đã có mà cần xác lập một mô hình mới thì câu hỏi được đặt ra tiếp theo sẽ là: “Một cách lý thuyết, có thể xác lập tính chất, mối liên hệ (mô hình giả thuyết) như thế nào?” hoặc “Làm thế nào có thể quan sát, đo được cái gì cần cho sự xác lập tính chất, mối liên hệ và từ đó rút ra kết luận như thế nào”. Ví dụ: Sau khi nêu ra phương án thí nghiệm để kiểm nghiệm sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín nói chung, GV đặt câu hỏi: " Làm từ thông biến thiên bằng cách nào để suy ra kết luận về sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín nói chung? - Câu hỏi yêu cầu cần diễn đạt chính xác, cô đọng kiến thức xác lập được: Kiến thức xác lập được cần được diễn đạt chính xác cô đọng để có thể vận dụng được, nghĩa là trả lời được câu hỏi: “nội dung của kiến thức đã xác lập được diễn đạt một cách chính xác, cô đọng như thế nào ?” - Câu hỏi yêu cầu vận dụng kiểm tra kiến thức đã xác lập: Việc sử dụng mô hình đã lựa chọn, xác lập cho phép rút ra câu trả lời cho các câu hỏi có dạng: “sẽ như thế nào, nếu...” “phải thế nào, để...”; “vì sao như thế?” Có tác dụng gì? (giải thích thế nào)?; “Làm thế nào để tạo ra được... trong thực tế...”. Đó là loại câu hỏi yêu cầu vận dụng kiến thức đã xác lập được. Việc xem xét sự phù hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm trong việc trả lời các câu hỏi này là sự kiểm tra, hợp thức hoá tri thức mới. Ví dụ: Sau khi học xong kiến thức sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường, GV đặt câu hỏi: "Nếu có một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường thì đoạn dây đó phải chuyển động thế nào để trong đoạn dây đó xuất hiện suất điện động cảm ứng?" 1.2.6. Thiết kế phương án dạy học đơn vị kiến thức cụ thể. Thiết kế phương án dạy học từng đơn vị kiến thức cụ thể bao gồm các việc sau: - Lập sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng kiến thức cần dạy. - Xác định mục tiêu dạy học cụ thể và soạn đề kiểm tra kết quả học tập. - Xác định tiến trình hoạt động dạy học cụ thể. - Xác định nội dung tóm tắt trình bày bảng hoặc để chiếu lên màn hình. 1.2.6.1. Lập sơ đồ cấu trúc nội dung và tiến trình xây dựng đơn vị kiến thức cụ thể. Việc thiết kế tiến trình khoa học xây dựng kiến thức thể hiện bằng sơ đồ phải giải đáp được câu hỏi: Kiến thức cần xây dựng là gì, được diễn đạt như thế nào? Nó là câu trả lời rút được từ việc giải bài toán cụ thể nào? Xuất phát từ câu hỏi nào? Chứng tỏ tính hợp thức khoa học của câu trả lời đó như thế nào? 1.2.6.2. Xác định mục tiêu dạy học cụ thể và soạn đề kiểm tra kết quả học tập. Mục tiêu dạy học cụ thể là cái đích mà giáo viên mong muốn đạt được khi dạy học một kiến thức cụ thể. Việc xác định mục tiêu dạy học của từng đơn vị kiến thức cần xác định rõ mục tiêu đặt ra không chỉ đối với kết quả học sinh cần đạt được sau khi học mà cả đối với hoạt động học của học sinh trong tiến trình chiếm lĩnh, xây dựng kiến thức trong tiết học. Diễn đạt mục tiêu dạy học cụ thể (với nghĩa là mục tiêu thao tác) là diễn đạt những hành vi của học sinh mà việc dạy yêu cầu học sinh phải thể hiện ra được khi dạy một kiến thức cụ thể. Những hành vi này là minh chứng cho hành động học mà học sinh cần có và kết quả mà học sinh phải đạt được khi học kiến thức cụ thể đó . Những hành vi này cho phép có căn cứ để kiểm tra, đánh giá hiệu quả dạy học (đánh giá việc dạy học có đạt mục tiêu hay không, mức độ đạt được). Trên cơ sở mục tiêu dạy học giáo viên soạn đề kiểm tra kết quả học. 1.2.6.3. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học cụ thể. Thiết kế tiến trình hoạt động dạy học một đơn vị cụ thể là việc viết kịch bản cho tiến trình dạy học kiến thức cụ thể đó. Kịch bản phải thể hiện rõ được ý định của giáo viên trong việc tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học của học sinh trong quá trình dạy học, theo các yêu cầu cụ thể sau: a. Thể hiện rõ hoạt động dạy học diễn ra là hoạt động gì, như thế nào? - Đó là hoạt động trình diễn (thế nào) của giáo viên trước học sinh hay giáo viên đòi hỏi học sinh hành động đáp ứng yêu cầu (nào) đặt ra. - Giáo viên đòi hỏi học sinh ghi nhận, tái tạo, chấp hành theo cái đã được chỉ rõ, hay đòi hỏi học sinh phải tham gia tìm tòi, phát hiện, giải quyết vấn đề đặt ra. - Trình tự của các hoạt động của giáo viên và học sinh như thế nào? b. Thể hiện rõ ý định của giáo viên thực hiện các khâu cơ bản theo logic của quá trình dạy học: - Đảm bảo điều kiện xuất phát cần thiết - Đề xuất vấn đề/bài toán (xác định mục tiêu hoạt động) - Đề xuất phương hướng giải quyết vấn đề (đề xuất giải pháp cho bài toán cần giải quyết) - Giải quyết bài toán (nhiệm vụ) - Củng cố kết quả học tập, định hướng nhiệm vụ học tập tiếp theo. c. Tiến trình hoạt động dạy học cụ thể thể hiện trong kịch bản phải phù hợp với lôgic của tiến trình khoa học xây dựng kiến thức đã được biểu đạt trong sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức cần dạy. - Khi thực hiện các khâu đảm bảo điều kiện xuất phát cần thiết và đề xuất vấn đề cần phải sử dụng câu hỏi định hướng tư duy trúng nội dung kiến thức cần xây dựng đã thể hiện trong sơ đồ. - Việc giải quyết vấn đề đặt ra phải phỏng theo hướng giải quyết vấn đề (đề xuất bài toán và giải quyết bài toán) đã thể hiện trong sơ đồ. - Tiến trình hoạt động dạy học phải đảm bảo dẫn tới được kết luận về kiến thức cần xây dựng một cách chính xác và hợp thức khoa học, như đã thể hiện trong sơ đồ. d. Tiến trình hoạt động dạy học thể hiện trong kịch bản phải có tác dụng phát huy cao nhất hoạt động tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh. Tiến trình dạy học được thiết kế phải bám sát vào mục tiêu đã đặt ra bao gồm mục tiêu kết quả học và mục tiêu quá trình học đảm bảo phát huy cao nhất hoạt động tích cực, tự chủ ,sáng tạo của học sinh. 1.2.7. Sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề Vật lý học ở trường phổ thông chủ yếu là vật lý thực nghiệm. Trong đó có sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa quan sát , thực nghiệm và suy luận lý thuyết để đạt được sự thống nhất giữa lý thuyết và thực tiễn. Bởi vậy trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề các thí nghiệm vật lý có vai trò rất quan trọng: Thí nghiệm có thể tạo tình huống vấn đề, giúp HS tìm tòi giải quyết vấn đề xây dựng tri thức mới. Thí nghiệm kết hợp với phân tích lý thuyết làm cho HS hiểu sâu sắc mối quan hệ giữa các khái niệm, định luật; làm kiến thức HS thu được vững chắc hơn, đồng thời cũng phát triển tư duy vật lý ở HS. Các loại thí nghiệm được sử dụng trong dạy học vật lí: a, Thí nghiệm biểu diễn: Là thí nghiệm được GV tiến hành trên lớp, bao gồm các loại sau: - Thí nghiệm mở đầu: Nhằm tạo tình huống có vấn đề. - Thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng: Nhằm cung cấp các cứ liệu thực nghiệm để từ đó khái quát hoá kiểm tra được tính đúng đắn của giả thuyết hoặc nhằm kiểm chứng lại kiến thức đó được xây dựng bằng con đường lí thuyết. - Thí nghiệm củng cố: Nêu nên những biểu hiện của kiến thức đó học trong thí nghiệm, đòi hỏi HS vận dụng kiến thức đã học để dự đoán hoặc giải thích hiện tượng. b, Thí nghiệm thực tập: Là thí nghiệm do HS trực tiếp tiến hành, đây là thí nghiệm có tác dụng trên nhiều mặt, bởi vậy việc tăng cường thí nghiệm thực tập là một phần quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học. Thí nghiệm thực tập gồm ba loại: - Thí nghiệm trực diện: Có thể tiến hành dưới hình thức thí nghiệm đồng loạt (HS chia thành từng nhóm cùng làm thí nghiệm như nhau), hoặc dưới hình thức thí nghiệm cá thể (các nhóm HS cùng làm các thí nghiệm khác nhau, mỗi nhóm một thí nghiệm). Loại thí nghiệm này có thể sử dụng làm thí nghiệm mở đầu, khảo sát hoặc minh hoạ. - Thí nghiệm thực hành: Thường có nội dung chủ yếu là kiểm nghiệm lại các định luật, các quy tắc đã học. Thí nghiệm này đòi hỏi sự tự lực của HS cao hơn và có thể tổ chức dưới hai hình thức là thí nghiệm đồng loạt và thí nghiệm cá thể. - Thí nghiệm quan sát vật lí ở nhà: Là một loại bài làm mà GV giao cho từng HS hoặc nhóm HS thực hiện ở nhà. Thí nghiệm này đòi hỏi cao độ tính tự giác, sự kết hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, giữa hoạt động trí óc và hoạt động chân tay của HS. Tổ chức các thí nghiệm vật lí trong quá trình dạy học không chỉ đơn thuần là rèn luyện cho HS năng lực thao tác thí nghiệm mà phải bồi dưỡng cho họ năng lực thực nghiệm. Để đạt được mục đích đó, việc tổ chức các thí nghiệm trong dạy học phải trải qua các bước sau: Bước 1: Đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán hoặc giả thuyết. Bước 2: Thiết kế thí nghiệm cụ thể. Bước 3: Lắp ráp và tiến hành thí nghiệm. Bước 4: Xử lí kết quả và rút ra nhận xét. Kết luận chương I Trong chương này, chúng tôi tìm hiểu những cơ sở lí luận cần thiết cho việc hoàn thành đề tài. - Chúng tôi đã tìm hiểu kĩ cơ sở lí luận của việc xác định mục tiêu dạy học tri thức cụ thể. Chúng tôi nêu rõ tầm quan trọng của việc xác định mục tiêu dạy học. Chúng tôi đã làm rõ khái niệm mục tiêu thao tác, cách phân biệt mục tiêu thao tác cũng phân bốn trình độ của mục tiêu thao tác. - Chúng tôi làm rõ những cơ sở lí luận cần thiết để thiết kế được tiến trình dạy học đáp ứng được mục tiêu dạy học. + Rất cần thiết lập sơ đồ biểu đạt logic của tiến trình nhận thức khoa học đối với kiến thức cần dạy, đáp ứng được đòi hỏi của phương pháp luận của tiến trình khoa học xây dựng tri thức, đồng thời phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh. + Để đạt được mục tiêu cao trong dạy học là tổ chức để HS tích cực, tự chủ tham gia vào việc xây dựng tri thức mới, cần tạo ra được những điều kiện xuất phát cần thiết để tổ chức những tình huống học tập cụ thể sao cho nhờ đó làm nảy sinh vấn đề ở HS và tạo cơ hội để HS tham gia vào quá trình tìm tòi giải quyết vấn đề, tạo động lực thúc đẩy hoạt động nhận thức tích cực ở HS. + Trong khi giải quyết vấn đề sử dụng kiểu định hướng khái quát chương trình hóa nhằm tạo cơ hội cho HS phát huy hoạt động tìm tòi sáng tạo của mình đồng thời vẫn đảm bảo cho HS đạt tới được tri thức cần dạy. - Chúng tôi đã tìm hiểu kĩ về việc sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học giải quyết vấn đề. Tất cả những điều này sẽ được chúng tôi vận dụng và trình bày cụ thể ở chương II luận văn của mình. chƯƠNG II: Phân tích nội dung, Thiết kế mục tiêu và hoạt động dạy học một số kiến thức chương “Cảm ứng điện từ” (SGK Vật lý 11 nâng cao) 2.1. Tìm hiểu chương trình, SGK và thực tế dạy học chương “Cảm ứng điện từ” - Vật lí 11 nâng cao. 2.1.1. Tìm hiểu chương trình, SGK vật lí 11 nâng cao 2.1.1.1. Tìm hiểu mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ năng. Khi nghiên cứu mục tiêu được xác định cho các đơn vị kiến thức trong chương này theo chuẩn kiến thức, kỹ năng cho cả hai chương trình cơ bản và nâng cao chúng tôi nhận thấy đó là những mục tiêu tối thiểu và là đều là mục tiêu kết quả học và không có sự khác biệt lớn. Chúng tôi xin dẫn ra mục tiêu đã được xác định cho một số kiến thức của chương "Cảm ứng điện từ"- vật lý 11 như sau: chương trình chuẩn Chương trình nâng cao Kiến thức: - Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. - Viết được công thức tính từ thông qua một diện tích và nêu được đơn vị đo từ thông. Nêu được các cách làm biến đổi từ thông. - Phát biểu được định luật Farađay về cảm ứng điện từ, định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng và viết được hệ thức: . - Nêu được dòng điện Fu-cô là gì? - Nêu được hiện tượng tự cảm là gì? - Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo độ tự cảm. - Nêu được từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trường đều mang năng lượng. Kỹ năng: - Làm được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. - Tính được suất điện động cảm ứng trong trường hợp từ thông qua một mạch kín biến đổi đều theo thời gian. - Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ. - Tính được suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian. Kiến thức: - Mô tả được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng diện từ. - Viết được công thức tính từ thông qua một diện tích và nêu được đơn vị đo từ thông. Nêu được các cách làm biến đổi từ thông. - Phát biểu được định luật Faraday về cảm ứng điện từ và định luật Lenxơ về chiều dòng điện cảm ứng. - Viết được hệ thức tính suất điện động cảm ứng trong trường hợp mạch kín và trong trường hợp một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. - Nêu được dòng điện Fucô là gì, tác dụng có lợi và cách hạn chế tác dụng bất lợi của dòng Fu-cô. - Nêu được hiện tượng tự cảm là gì. - Nêu được độ tự cảm là gì và đơn vị đo độ tự cảm. - Nêu được từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua và mọi từ trường đều mang năng lượng. - Viết được công thức tính năng lượng của từ trường trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua. Kỹ năng: - Tiến hành được thí nghiệm về hiện tượng cảm ứng điện từ. - Vận dụng được công thức . - Vận dụng được các hệ thức và . - Xác định được chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ và quy tắc bàn tay phải. - Tính được suất điện động tự cảm trong ống dây khi dòng điện chạy qua nó có cường độ biến đổi đều theo thời gian. - Tính được năng lượng từ trường trong ống dây Vì các mục tiêu trên đều là mục tiêu kết quả học nên nếu trong khi giảng dạy các giáo viên chỉ chú tâm làm sao cho đạt được các mục tiêu này sẽ là điều không tốt vì: - Giáo viên sẽ dễ đạt được mục tiêu này bằng cách dạy tiêu cực là bắt học sinh ghi nhớ, làm theo một cách máy móc. - Giáo viên sẽ không chú trọng đến tiến trình dạy học sao cho phát huy được năng lực tích cực tự chủ sáng tạo của học sinh mà chỉ cố gắng làm sao cho học sinh thuộc định nghĩa, làm được bài tập. Và nếu như vậy đổi mới giáo dục lần này sẽ không thành công. 2.1.1.2. Về nội dung Nội dung các kiến thức được trình bày trong SGK Vật lí 11 của cả hai bộ sách (cơ bản và nâng cao) không giống nhau trong cách sắp xếp các đơn vị kiến thức: - SGK chương trình chuẩn đưa kiến thức "Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng và dòng điện Fu-cô" vào cùng một bài đầu tiên của chương. Đồng thời tách "Suất điện động cảm ứng" thành một bài riêng cùng với "Sự chuyển hoá năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ". - SGK chương trình nâng cao đưa khái niệm: "Từ thông. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Định luật Len-xơ về chiều dòng điện cảm ứng. Suất điện động cảm ứng (Định luật Fa-ra-đây)" vào cùng một bài đầu tiên của chương. Đồng thời tách "Dòng điện Fu-cô" về ứng dụng của hiện tượng cảm ứng điện từ thành một bài riêng. SGK chương trình nâng cao có thêm bài "Suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động". - SGK chương trình chuẩn chỉ đưa "Năng lượng từ trường của ống dây" vào chương trình. SGK chương trình nâng cao đưa "Năng lượng từ trường" thành một bài học riêng và áp dụng cho tất cả các trường hợp từ trường. - Với kiến thức "Từ thông", "Hệ số tự cảm" phải chấp nhận dưới dạng thông báo nên không nổi bật được ý nghĩa vật lý của chúng. - Khái niệm từ thông và độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động không được xây dựng trên cơ sở của kiến thức lực Lorenxơ đã có từ chương trước mà phải thừa nhận các công thức tính , và . Chính vì vậy mà sự chuyển hoá năng lượng trong hiện tượng cảm ứng điện từ không được làm rõ. 2.1.2. Tìm hiểu thực tế dạy học 2.1.2.1. Tình hình dạy Để có cơ sở thực tế cho việc thực hiện đề tài, chúng tôi đã tìm hiểu thực tế dạy và học theo sách giáo khoa mới chương trình nâng cao ở một số trường trung học phổ thông của tỉnh Bắc Giang : Yên dũng 1; Yên Dũng 2. Chúng tôi thu được một số kết quả sau: - Đa số các GV dạy theo kiểu thuyết trình giảng giải và trình bày như nội dung trong SGK. Việc xác định mục tiêu của mỗi bài học như trong sách giáo viên. - Một số GV khi xác định mục tiêu dạy học chỉ quan tâm đến mục tiêu kết quả học và do đó ít quan tâm đến hoạt động của HS trong giờ học - Một số giáo viên cũng có mong muốn phát huy tính tích cực, tự lực của HS trong giờ học. Tuy nhiên những câu hỏi mà GV đặt ra thường là những câu hỏi đòi hỏi ở HS sự tái hiện thông thường, không có tác dụng trong việc phát triển tư duy của HS. 2.1.2.2. Tìm hiểu tình hình học tập. Qua tìm hiểu và trao đổi trực tiếp với học sinh, chúng tôi thu được một số kết quả sau: - Đa số học sinh chỉ chú ý tới các công thức, tích cực học tập theo nghĩa làm thật nhiều bài tâp. - Trong các giờ học lý thuyết học sinh rất thụ động: Các em lười suy nghĩ, lười hoạt động, chỉ ngồi nghe giảng chờ các thầy, cô đọc để chép và ghi nhớ, không có hứng thú tự tìm hiểu các kiến thức mới. - Hầu như HS không có thói quen tổng hợp, phân tích, suy luận, vận dụng, so sánh… các kiến thức trong từng tiết học. Do đó kiến thức của các em chưa chắc chắn và nhanh quên. - Học sinh ít có khả năng vận dụng sáng tạo kiến thức đã học. Học sinh chỉ quen áp dụng kiến thức đã học một cách máy móc vào các tình huống tương tự như tình huống đã được học. 2.1.3. Những khó khăn sai lầm mà HS gặp phải. Qua kinh nghiệm dạy học, qua trao đổi với đồng nghiệp, kết hợp với việc điều tra sơ bộ học sinh trước khi thực nghiệm sư phạm, chúng tôi thấy sau khi học xong bài "Suất điện động cảm ứng trong mạh kín chuyển động trong từ trường", HS thường hay mắc phải những sai lầm sau: - Khả năng tưởng tượng không gian của HS còn yếu gây khó khăn trong việc xác định chiều của dòng điện cảm ứng. - Khả năng diễn đạt ý của HS còn kém nên HS lúng túng, thiếu tự tin khi phát biểu xây dựng bài, giải thích hiện tượng, khi diễn đạt vấn đề mà mình hiểu hoặc muốn hỏi. 2.1.4. Nguyên nhân dẫn tới những khó khăn sai lầm của học sinh + Giáo viên chưa tổ chức hoạt động dạy học theo tiến trình dạy học giải quyết vấn đề nên không lôi cuốn học sinh vào tham gia xây dựng kiến thức mới, không phát huy được tính tích cực, tự lực tìm tòi, sáng tạo của học sinh. Giáo viên chưa khai thác triệt để kiến thức cũ của học sinh trong quá trình xây dựng kiến thức mới, giáo viên chưa nhấn mạnh những ứng dụng quan trọng của kiến thức phần này vào thực tế để học sinh có thể thấy tầm quan trọng của nội dung kiến thức. + Thiết bị thí nghiệm ở trường THPT mặc dù có nhưng vẫn chưa đủ. Trong quá trình dạy học, giáo viên chưa tích cực sử dụng hết tiềm năng thí nghiệm, chưa kết hợp sử dụng có hiệu quả các thiết bị, đồ dùng dạy: hình vẽ, mô hình, thiết bị thí nghiệm. + Học sinh chưa nắm vững quy tắc xác định chiều của dòng điện cảm ứng (định luật Lenxơ), cụ thể học sinh không hiểu “chống lại sự biến thiên của từ thông” là thế nào? + Số lượng các công thức cần nhớ trong chương không nhiều nhưng nhiều khi học sinh bị nhầm lẫn giữa góc và góc trong các công thức khi áp dụng. 2.1.5. Các biện pháp khắc phục khó khăn khi dạy học Trên cơ sở phân tích những nguyên nhân dẫn tới những sai lầm của HS trong và sau khi học một số kiến thức trong chương "Cảm ứng điện từ", chúng tôi tìm cách khắc phục những mặt sau: - Chúng tôi thiết lập lại mạch phát triển kiến thức chương "Cảm ứng điện từ", đảm bảo tính khoa học, khả thi, vừa sức với HS. - Trong phương án dạy học chúng tôi đặc biệt quan tâm: Thực hiện tốt khâu đảm bảo trình độ xuất phát cần thiết - đề xuất vấn đề - đề xuất giải pháp - giải quyết vấn đề và hệ thống các câu hỏi định hướng giúp HS phát triển hoạt động nhận thức tích cực, tự chủ, năng động sáng tạo. - Chú ý rèn luyện ngôn ngữ vật lý, rèn luyện kỹ năng quan sát thí nghiệm, kỹ năng phân tích, tổng hợp dữ liệu thu được, kỹ năng trình bày, diễn đạt ý. 2.2. Thiết lập sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức của chương "Cảm ứng điện từ"- Vật lý 11 nâng cao Máy phát điện. Máy biến thế điện. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Các định nghĩa - Từ thông . - Dòng điện cảm ứng. - Suất điện động cảm ứng. - Hiện tượng cảm ứng điện từ. Định luật Len-xơ Định luật Faradây hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức của chương "Cảm ứng điện từ"- Vật lý 11 nâng cao Hiện tượng cảm ứng điện từ trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường Suất điện động cảm ứng của đoạn dây Hiện tượng tự cảm Hệ số tự cảm Định nghĩa Độ lớn của suất điện động tự cảm Dòng điện Fucô Định nghĩa Tác dụng của dòng Fucô. Năng lượng từ trường. Mật độ năng lượng từ trường. 2.3. Thiết lập sơ đồ phát triển mạch kiến thức chương "Cảm ứng điện từ". (1). Lực Lozenxơ . (3,4). *(3). Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. *(4). Khái niệm từ thông. (5). Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. (6). Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch kín biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ. (7). Hiện tượng tự cảm. (8). Độ lớn của suất điện động tự cảm. (9). Hệ số tự cảm. (10). Dòng điện Fucô. (11).Tác dụng của dòng Fucô. (12). Năng lượng từ trừơng. (2). Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường . Hình 2.2. sơ đồ phát triển mạch kiến thức chương "Cảm ứng điện từ". Với mong muốn góp phần khắc phục một số hạn chế về chương trình tài liệu SGK; một số khó khăn lúng túng cho GV khi sử dụng hai bộ sách và những sai lầm mà HS gặp phải, dưới sự chỉ đạo của thầy hướng dẫn khoa học GS. TS Phạm Hữu Tòng , nhóm nghiên cứu chúng tôi đã nghiên cứu kĩ nội dung kiến thức chương "Cảm ứng điện từ", từ đó xây dựng sơ đồ tiến trình phát triển mạch kiến thức của chương như sau: Chú giải sơ đồ 1. Lực Lorenxơ. + Lực Lorenxơ là lực mà từ trường tác dụng lên một hạt mang điện chuyển động trong nó. + Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa véc tơ vận tốc của hạt mang điện và véc tơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát. + Có chiều tuân theo quy tắc sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều của véc tơ vận tốc của hạt mang điện chuyển động, khi đó ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực Lorenxơ nếu hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. 2. Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng. Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong mạch kín là chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tuân theo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín. 3. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức: với và góc Trong đó: + B: là cảm ứng từ. + v: là tốc độ chuyển động của đoạn dây. + l: là chiều dài đoạn dây. - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường: với = góc , ở đây ta gọi là từ thông. Trong đó: + S: là diện tích quét bởi đoạn dây. + : là tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. 4. Khái niệm từ thông . - Từ thông qua diện tích S là đại lượng được tính bằng công thức: , bằng số đường sức từ vuông góc với diện tích S (B là độ lớn cảm ứng từ). + Từ thông là một đại lượng đại số có giá trị dương hoặc âm tuỳ thuộc vào dấu của do đó tuỳ thuộc vào việc chọn chiều của pháp tuyến của diện tích S. + Đơn vị của từ thông là vê be (viết tắt Wb). 1Wb = 1T. 1 + Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng trong mạch kín càng lớn. 5. Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. - Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trường có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín và trái dấu với . ; Nếu mạch gồm N vòng dây: Trong đó: + : là tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín. + N: là số vòng dây của khung. - Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Len-xơ) 6. Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi từ thôn qua mạch kín biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ. - Khi từ thông qua một diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín đó xuất hiện suất điện động gọi là suất điện động cảm ứng làm sinh ra dòng điện trong mạch gọi là dòng điện cảm ứng. - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch (Định luật Fa-ra-day) ; Nếu mạch gồm N vòng dây: - Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Lenxơ) - Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. 7. Hiện tượng tự cảm. Là hiện tượng cảm ứng điện từ trong một mạch điện do chính sự biến đổi của dòng điện trong mạch đó gây ra. 8. Độ lớn của suất điện động tự cảm. Suất điện động được sinh ra bởi hiện tượng tự cảm gọi là suất điện động tự cảm. Trong đó: +: Suất điện động tự cảm. + L : Hệ số tự cảm. + : Tốc độ biến thiên cường độ dòng điện qua mạch. 9. Hệ số tự cảm (hay còn gọi là độ tự cảm). + Hệ số tự cảm (hay còn gọi là độ tự cảm) của một mạch điện chỉ phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của mạch điện và phụ thuộc vào tính chất của môi trường trong đó ta đặt mạch điện. trong đó:- N là số vòng dây của mạch. - là từ thông của một vòng dây do dòng điện i gây ra.. - i là dòng điện đi qua các vòng dây. + Đơn vị: 1 henri =1H=1Wb/1A. + Hệ số tự cảm của ống dây dài Trong đó - : hệ số từ thẩm của môi trường, với không khí . - n: số vòng dây trên 1đơn vị chiều dài ống. - V: thể tích của ống dây( V = S.l với S: là diện tích của một vòng dây). 10. Dòng điện Fu-cô: Là dòng cảm ứng được sinh ra trong khối vật dẫn khi vật dẫn chuyển động trong từ trường hay được đặt trong từ trường biến đổi theo thời gian. 11. ứng dụng của dòng Fu-cô. a.Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của máy đo điện năng, bếp điện từ, lò cảm ứng. Từ đó thấy được tác dụng có lợi của dòng điện Pucô b. Tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của máy biến thế, động cơ điện. Từ thấy được tác dụng có hại của dòng Pucô và tìm cách khắc phục tác dụng có hại đó. 12. Năng lượng từ trường. a. Khi cho dòng điện chạy qua ống dây thì trong ống dây có từ trường. Năng lượng của ống dây chính là năng lượng của từ trường trong ống dây đó. b. Mật độ năng lượng từ trường. 2.4. Thiết kế phương án dạy học một số kiến thức chương "Cảm ứng điện từ" Trong mạch kiến thức trên chúng tôi tập chung chủ yếu vào nghiên cứu các kiến thức liên quan trực tiếp đến tiến trình xây dựng kiến thức độ lớn suất điện động cảm ứng trong một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường, sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong mạch kín khi từ thông qua mạch kín biến thiên nói chung - hiện tượng cảm ứng điện từ là các kiến thức sau: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường, chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. ), độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường, từ thông. 2.4.1. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng kiến thức. 2.4.1.1. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. - Trong dây dẫn kim loại có các hạt elêctron tự do. - Hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì chịu tác dụng của lực Lorenxơ: Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa véc tơ vận tốc của hạt mang điện và véc tơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát. Có chiều tuân theo quy tắc sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều của véc tơ vận tốc của hạt mang điện chuyển động, khi đó ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực Lorenxơ nếu hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó? Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó? Xét tác dụng của lực Lorenxơ lên các electron trong dây dẫn khi chúng chuyển động cùng với dây dẫn, để rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra. Khi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì các elêctron tự do trong đoạn dây dẫn cũng bị kéo theo cùng đoạn dây, do đó có lực Lorenxơ tác dụng lên chúng. Dưới tác dụng của lực lorenxơ, các elêctron chuyển động về một đầu đoạn dây làm một đầu thừa elêctron tích điện âm, đầu thiếu elêctron tích điện dương, hai đầu đoạn dây dẫn có một hiệu điện thế. Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một sợi dây dẫn thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện. Khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện tức là có suất điện động ta gọi suất điện động này là suất điện động cảm ứng. ở trong đoạn dây này chiều của dòng điện là ngược với chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt elêctron, ta có thể rút ra quy tắc xác định chiều của dòng điện trong đoạn dây dẫn chuyển động gọi là quy tắc bàn tay phải và từ đó suy ra chiều của dòng điện trong mạch kín. Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng. Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong mạch kín là chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tuân theo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín. Hình 2.3: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức Như chúng ta đã biết: Một hạt mang điện chuyển động trong từ trường thì chịu tác dụng của lực Lorenxơ: - Có phương vuông góc với mặt phẳng chứa véc tơ vận tốc của hạt mang điện và véc tơ cảm ứng từ tại điểm khảo sát. - Có chiều tuân theo quy tắc sau: Đặt bàn tay trái duỗi thẳng để cho các đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến các ngón tay chỉ chiều của véc tơ vận tốc của hạt mang điện chuyển động, khi đó ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực Lorenxơ nếu hạt mang điện dương và chỉ chiều ngược lại nếu hạt mang điện âm. Một vấn đề được đặt ra là: Nếu một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì có hiện tượng gì xảy ra trong đoạn dây dẫn đó? Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một dây dẫn thành mạch kín thì có hiện tượng gì xảy ra trong mạch kín đó? Giải pháp đưa ra để tìm câu trả lời cho vấn đề đặt ra là: Xét tác dụng của lực Lorenxơ lên các elêctron trong đoạn dây dẫn khi chúng chuyển động cùng với đoạn dây dẫn để rút ra câu trả lời cho vấn đề đặt ra. Thực hiện giải pháp đã đề ra ta được: - Khi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì các elêctron tự do trong đoạn dây dẫn cũng bị kéo theo cùng đoạn dây, do đó có lực Lorenxơ tác dụng lên chúng. Dưới tác dụng của lực lorenxơ, các elêctron chuyển động về một đầu đoạn dây làm một đầu thừa elêctron tích điện âm, đầu thiếu elêctron tích điện dương, hai đầu đoạn dây dẫn có một hiệu điện thế. Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn bằng một sợi dây dẫn thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện. Khi đó đoạn dây dẫn đóng vai trò như một nguồn điện tức là có suất điện động ta gọi suất điện động này là suất điện động cảm ứng. - ở trong đoạn dây này chiều của dòng điện là ngược với chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên hạt elêctron ta có thể rút ra quy tắc xác định chiều của dòng điện trong đoạn dây dẫn chuyển động gọi là quy tắc bàn tay phải và từ đó suy ra chiều của dòng điện trong mạch kín. Câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là: - Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây bằng một dây dẫn tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra được gọi là dòng điện cảm ứng. - Chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong mạch kín là chiều của dòng điện cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tuân theo quy tắc bàn tay phải: Đặt bàn tay phải hứng các đường sức từ, ngón cái choãi ra 900 hướng theo chiều chuyển động của đoạn dây, chiều từ cổ tay đến bốn ngón tay chỉ chiều của dòng điện cảm ứng chạy trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường (đó là chiều từ cực âm sang cực dương của nguồn), và cho ta biết chiều của dòng điện chạy trong mạch kín nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín. 2.4.1.2. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Từ thông. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với tốc độ , vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc (hợp với pháp tuyến của diện tích quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động một góc ) có liên quan thế nào với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Có thể tính được theo công thức thế nào?. áp dụng công thức định nghĩa suất điện động của nguồn . Tính công A của lực Lorenxơ trên đoạn dây dẫn có chiều dài l để rút ra công thức cần tìm. (1) góc Nếu biểu diễn độ lớn của thành phần vuông góc với diện tích S của bằng cách vẽ số đường sức từ vuông góc với mỗi đơn vị diện tích của S bằng thì đại lượng bằng tổng số các đường sức từ vuông góc với S. Ta gọi đại lượng ký hiệu là là từ thông qua diện tích S. Nếu nối hai đầu dây dẫn chuyển động trong từ trường thành một mạch kín thì đại lượng là độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức: (1) Với và góc Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường: (2) với góc , ở đây ta gọi là từ thông Từ thông qua diện tích S là đại lượng được tính bằng công thức: , bằng số đường sức từ vuông góc với diện tích S (B là độ lớn cảm ứng từ). + Từ thông là một đại lượng đại số có giá trị dương hoặc âm tuỳ thuộc vào dấu của do đó tuỳ thuộc vào việc chọn chiều của pháp tuyến của diện tích S. + Đơn vị của từ thông là vê be (viết tắt Wb). 1Wb = 1T. 1m2 + Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng trong mạch kín càng lớn. Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện cảm ứng. Biểu thức độ lớn suất điện động theo định nghĩa . Độ lớn của lực Lorenxơ . . Hình 2.4: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường. Từ thông. Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức: Như chúng ta đã biết: Khi một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với vận tốc vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc thì trong đoạn dây dẫn đó xuất hiện một suất điện động được gọi là suất điện động cảm ứng. Nếu nối hai đầu đoạn dây tạo thành mạch kín thì trong mạch có dòng điện do suất điện động cảm ứng sinh ra gọi là dòng điện cảm ứng. Vậy vấn đề đặt ra là: Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong một đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường với tốc độ , vuông góc với đoạn dây dẫn và hợp với một góc ( hợp với pháp tuyến của diện tích quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động một góc ) có liên quan thế nào với độ lớn của B và diện tích S quét bởi đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường? Có thể tính được theo công thức thế nào?. Giải pháp đưa ra để tìm câu trả lời cho vấn đề trên là: áp dụng biểu thức độ lớn suất điện động theo định nghĩa . Tính công A của lực Lorenxơ trên đoạn dây dẫn có chiều dài l để rút ra công thức cần tìm. Thực hiện giải pháp đưa ra như sau: góc - Nếu biểu diễn độ lớn của thành phần vuông góc với diện tích S của bằng cách vẽ số đường sức từ vuông góc với mỗi đơn vị diện tích của S bằng thì đại lượng bằng tổng số các đường sức từ vuông góc với S. Ta gọi đại lượng ký hiệu là là từ thông qua diện tích S. - Nếu nối hai đầu đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường thành một mạch kín thì đại lượng là độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là: - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường phụ thuộc tốc độ chuyển động của đoạn dây theo công thức: ( 2.1) Với và góc - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường: (2.2) với góc = góc , ở đây ta gọi là từ thông. - Từ thông qua diện tích S là đại lượng được tính bằng công thức: , bằng số đường sức từ vuông góc với diện tích S (B là độ lớn cảm ứng từ). + Từ thông là một đại lượng đại số có giá trị dương hoặc âm tuỳ thuộc vào dấu của do đó tuỳ thuộc vào việc chọn chiều của pháp tuyến của diện tích S. + Đơn vị của từ thông là vê be (viết tắt Wb). 1Wb = 1T. 1m2 + Từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên càng nhanh thì suất điện động cảm ứng trong mạch kín càng lớn. 2.4.1.3. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín? Nếu một mạch kín (khung dây) chuyển động với vận tốc trong mặt phẳng có hợp với một góc thì có thể tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín bằng công thức thế nào? Xét dấu của khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường tương ứng với chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải để rút ra nhận xét về quan hệ của chiều dòng điện với dấu của . Coi mạch kín chuyển động trong từ trường là nối tiếp của nhiều đoạn mạch (nhiều nguồn điện) có các suất điện động cảm ứng tính theo công thức và tính suất điện động tổng cộng của các nguồn mắc nối tiếp để rút ra công thức tính suất điện động của cả mạch kín chuyển động trong từ trường. Khi một đoạn dây dẫn của mạch kín chuyển động trong từ trường gây ra độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín thì theo quy tắc bàn tay phải ta nhận thấy dòng điện cảm ứng có chiều khiến cho từ trường của nó tạo ra từ thông trái dấu với qua diện tích S nghĩa là chống lại sự biến thiên từ thông đã làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. Nếu quy ước e là số đại số có cùng dấu với dòng điện cảm ứng và quy ước dòng điện cảm ứng cùng dấu với mà nó tạo ra thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường có giá trị đại số là . Nếu coi mạch kín là ghép nối tiếp của các đoạn mạch lần lượt có suất điện động: thì suất điện động tổng cộng trong mạch kín là bằng: Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trường có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín và trái dấu với độ biến thiên : ; Nếu mạch gồm N vòng dây: Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó . Khi một đoạn dây dẫn chuyển động cắt ngang các đường sức từ thì trong đoạn dây có suất điện động cảm ứng có độ lớn tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Chiều dòng điện trong toàn mạch kín có thể suy ra từ chiều của dòng điện cảm ứng của đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường theo quy tắc bàn tay phải. Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức Hình 2.5: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Độ lớn suất điện động cảm ứng của một mạch kín (khung dây) chuyển động trong từ trường. Như chúng ta đã biết: Khi một đoạn dây dẫn chuyển động cắt ngang các đường sức từ thì trong đoạn dây có suất điện động cảm ứng có độ lớn tỉ lệ với tốc độ cắt từ thông qua diện tích quét bởi đoạn dây, tức là tỉ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường. Chiều của dòng điện cảm ứng trong toàn mạch kín có thể suy ra từ chiều của dòng điện cảm ứng của đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường theo quy tắc bàn tay phải. Vậy vấn đề đặt ra là: Chiều của dòng điện cảm ứng trong mạch kín khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường có quan hệ thế nào với sự tăng hoặc giảm từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín? Nếu một mạch kín (khung dây) chuyển động với vận tốc trong mặt phẳng có hợp với một góc thì có thể tính suất điện động cảm ứng trong mạch kín bằng công thức thế nào? Giải pháp đưa ra cho vấn đề trên là: - Xét dấu của khi một đoạn của mạch kín chuyển động trong từ trường tương ứng với chiều của dòng điện cảm ứng tuân theo quy tắc bàn tay phải để rút ra nhận xét về quan hệ của chiều dòng điện với dấu của . - Coi mạch kín chuyển động trong từ trường là nối tiếp của nhiều đoạn mạch (nhiều nguồn điện) có các suất điện động cảm ứng tính theo công thức và tính suất điện động tổng cộng của các nguồn mắc nối tiếp để rút ra công thức tính suất điện động của cả mạch kín chuyển động trong từ trường. Thực hiện giải pháp như sau: - Khi một đoạn dây dẫn của mạch kín chuyển động trong từ trường gây ra độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín thì theo quy tắc bàn tay phải ta nhận thấy dòng điện cảm ứng có chiều khiến cho từ trường của nó tạo ra từ thông trái dấu với qua diện tích S nghĩa là chống lại sự biến thiên từ thông đã làm xuất hiện dòng điện cảm ứng. - Nếu quy ước e là số đại số có cùng dấu với dòng điện cảm ứng và quy ước dòng điện cảm ứng cùng dấu với mà nó tạo ra thì suất điện động cảm ứng xuất hiện trong đoạn dây dẫn chuyển động trong từ trường có giá trị đại số là . - Nếu coi mạch kín là ghép nối tiếp của các đoạn mạch lần lượt có suất điện động: thì suất điện động tổng cộng trong mạch kín là bằng: Câu trả lời cuối cùng cho vấn đề đặt ra là: - Suất điện động cảm ứng trong mạch kín chuyển động trong từ trường có độ lớn tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín và trái dấu với . ; Nếu mạch gồm N vòng dây: - Dòng điện cảm ứng trong một mạch kín phải có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên của từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Len-xơ) 2.4.1.4. Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ. TN1: Khi đóng khoá K quan sát thấy kim điện kế G lệch về bên phải chứng tỏ trong ống dây C có dòng điện cảm ứng chạy theo chiều kim đồng hồ. TN2: Cho khung dây nghiêng một góc về bên phải quan sát thấy kim điện kế lệch vế bên trái. Do đó chiều dòng điện trong khung dây là ngược chiều kim đồng hồ. TN3: Bóp khung dây sao cho một cạnh của khung dây thay đổi (S giảm) ta thấy kim điện kế lệch về bên trái. Do đó dòng điện trong khung đây có chiều ngược chiều kim đồng hồ. Một khung dây dẫn nằm trong từ trường biến đổi theo thời gian tương tự như một khung dây dẫn nằm trong không gian có một từ trường không đều chuyển động và do đó cũng tương tự một khung dây chuyển động trong một từ trường không đều đứng yên. Thế thì liệu có phải là khi qua một diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch kín cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng. Liệu có thể phát biểu kết luận tổng quát: Khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng? Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó? * Làm thay đổi theo thời gian (giữ nguyên S và ) bằng cách đóng khoá K để thay đổi dòng điện của nam châm điện. Lúc đóng mạch hãy dự đoán chiều dòng điện trong khung dây C ? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc đóng mạch,…….chiều của dòng cảm ứng trong khung dây cùng chiều kim đồng hồ, do đó kim điện kế lệch về bên phải. * Làm thay đổi (giữ nguyên và S) bằng cách nghiêng khung dây về bên phải . Hãy dự đoán chiều dòng điện cảm ứng trong khung dây? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc nghiêng khung dây về bên phải ………chiều của dòng điện cảm ứng trong khung dây ngược chiều kim đồng hồ. Do đó kim điện kế lệch về bên trái. * Làm S thay đổi (giữ nguyên và ) bằng cách bóp một cạnh của khung dây vào bên trong (giảm diện tích S) hãydự đoán chiều dòng điện trong khung dây? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc bóp một cạnh của khung dây vào bên trong làm S giảm ……chiều dòng điện cảm ứng ngược chiều kim đồng hồ, do đó kim diện kế lệch về bên trái. Ta bố trí một thí nghiệm như hình vẽ: 1khung dây nối với điện kế G và một nam châm điện cho phép làm biến thiên từ thông bằng các cách khác nhau dựa theo biểu thức Dự đoán hiện tượng xảy ra về sự dịch chuyển của kim điện kế khi không có dòng điện hoặc có dòng điện cảm ứng với chiều tuân theo định luật Lenxơ và làm thí nghiệm ghi nhận kết quả thí nghiệm để đối chiếu với các kết quả có được nhờ suy luận dự đoán. -Khi từ thông qua một diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín đó xuất hiện suất điện động gọi là suất điện động cảm ứng làm sinh ra dòng điện trong mạch gọi là dòng điện cảm ứng. - Độ lớn của suất điện động cảm ứng trong mạch kín tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông qua mạch (Định luật Fa-ra-day) ; Nếu mạch gồm N vòng dây: - Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. (Định luật Lenxơ) - Hiện tượng xuất hiện suất điện động cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. - Khi B thay đổi hoặc S thay đổi hoặc thay đổi thì trong mạch kín đều xuất hiện suất điện động cảm ứng. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. - Dòng điện xuất hiện trong mạch kín làm cho kim điện kế G lệch khỏi vị trí O . Tức là có suất điện động cảm ứng. Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó. Hình 2.6: Sơ đồ tiến trình khoa học xây dựng đơn vị kiến thức: Sự xuất hiện suất điện động trong một mạch kín khi từ thông biến thiên nói chung. Hiện tượng cảm ứng điện từ. Diễn giảng tiến trình xây dựng kiến thức Như chúng ta đã biết một khung dây dẫn nằm trong từ trường biến đổi theo thời gian tương tự như một khung dây dẫn nằm trong không gian có một từ trường không đều chuyển động và do đó cũng tương tự một khung dây chuyển động trong một từ trường không đều đứng yên. Thế thì liệu có phải là khi qua một diện tích giới hạn bởi một mạch kín biến thiên theo thời gian thì trong mạch kín cũng xuất hiện suất điện động cảm ứng. Vậy vấn đề đặt ra là: Liệu có thể phát biểu kết luận tổng quát: - Khi từ thông qua diện tích giới hạn bởi mạch kín biến thiên thì trong mạch kín xuất hiện suất điện động cảm ứng? - Dòng điện cảm ứng trong mạch kín có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự biến thiên từ thông đã sinh ra nó? Để giải quyết vấn đề trên giải pháp đưa ra là: Ta cần nghĩ ra một thí nghiệm có thể làm thay đổi hoặc làm S thay đổi hoặc làm thay đổi. Nhờ thí nghiệm ấy ta xác định được chiều của dòng điện cảm ứng dựa trên quan sát; mặt khác dựa vào định luật Len-xơ và quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều dòng điện cảm ứng. Từ đó đối chiếu kết quả suy luận từ các quy tắc và quan sát thí nghiệm để rút ra kết luận. Xét thí nghiệm được bố trí như hình vẽ: Một khung dây nối với điện kế G, một mạch điện gồm cuộn dây mắc vào nguồn một chiều thông qua khoá K. - Thí nghiệm đó được mô tả như sau: Dự đoán hiện tượng xảy ra về sự dịch chuyển của kim điện kế khi không có dòng điện hoặc có dòng điện cảm ứng với chiều tuân theo định luật Lenxơ và làm thí nghiệm ghi nhận kết quả thí nghiệm để đối chiếu với các kết quả có được nhờ suy luận dự đoán. Giải pháp đưa ra được thực hiện như sau : * Làm thay đổi theo thời gian (giữ nguyên S và ) bằng cách đóng khoá K để thay đổi dòng điện của nam châm điện. Lúc đóng mạch hãy dự đoán chiều dòng điện trong khung dây C ? Do đó kim điện kế quay theo chiều nào? Lúc đóng mạch, cường độ dòng điện trong mạch tăng từ 0 đến giá trị xác định I, từ trường do cuộn dây sinh ra có cảm ứng từ tăng từ 0 đến giá trị B xác định tức là từ thông gửi qua khung dây tăng (chọn chiều (+) của cùng chiều với ) nên trong khung dây xuất hiện dòng điện cảm ứng. Theo định luật Len xơ thì dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ trường mà nó sinh ra chống lại sự tăng từ thông đã sinh ra nó, khi đó vận dụng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của dòng cảm ứng trong khung dây cùng chiều kim đồng hồ, do đó kim điện kế lệch về bên phải. Tiến hành TN, ta thu được kết quả: Khi đóng khoá K quan sát thấy kim điện kế G lệch về bên phải chứng tỏ trong khung dây có dòng điện cảm ứng chạy theo chiều kim đồng hồ. * Làm